韩教授推开 “前沿技术探索小组” 临时实验室的门,脚步顿在门口,眼神里闪过一丝诧异。
预想中埋头看论文、敲代码的场景完全没出现 —— 小组负责人陆淮正和三个组员围在 3d 打印机旁,眼睛紧紧盯着喷头下缓缓成型的白色塑料模型。那模型结构怪异,布满不规则的孔隙和分支,既像深海珊瑚,又似放大的海绵骨骼,和实验室里规整的仪器设备格格不入。
“小陆,你们这是跨界搞艺术创作了?” 韩教授走上前,指尖轻轻碰了碰模型边缘,触感粗糙却带着规律的孔隙分布。
陆淮猛地回头,看到韩教授,眼睛瞬间亮了:“韩教授,您来得正好!这可不是艺术品,是我们刚打印出来的‘最优传质结构模型’!” 他拉过平板电脑,调出对比图,“您看,左边是银枫叶脉的显微照片,右边是我们用算法生成的电极导电骨架结构。我们没直接模仿叶脉形态,而是提取了它的分形优化原则,让计算机根据体积、强度、传质效率这些约束条件,自动生成了这个三维结构。”
韩教授扶了扶眼镜,目光落在屏幕上的模拟数据曲线:“哦?具体效果怎么样?”
“效果超出预期!” 负责算法的组员小王抢先说道,手指在屏幕上滑动,“在相同条件下,这个三维结构的比表面积比我们之前仿叶脉的二维网格提升了 18%,离子传输路径均匀性也提高了 20%。如果能做成电极骨架,说不定能从根本上解决离子在体相内传输不均的问题。”
“想法挺新颖,但制备难度不小吧?” 韩教授眉头微挑,语气里带着赞许,“传统涂布、烧结工艺肯定做不出这种复杂结构。”
“这正是我们现在头疼的事。” 陆淮挠了挠头,语气略显无奈,“我们查了不少文献,目前考虑的是三维打印直接成型活性材料浆料,或者用模板法结合化学气相沉积。但这些技术都还在实验室阶段,离量产还有很大距离。”
韩教授点点头,目光扫过桌上摊开的生物力学专着:“从模仿具体形态到抽象优化原则,这个思路值得深挖。就算短期内不能用于主电极,也可以先试试集流体或者辅助功能层,哪怕只发挥一部分优势也是突破。”
他话锋一转,忽然想起什么:“你们这个‘算法生成仿生结构’的思路,和‘未来交通联盟’提到的轻量化、高能量密度需求,有没有结合点?”
“当然有!” 陆淮立刻调出另一个文件夹,“我们小组还同步在做超轻高强结构材料的探索,受蜂巢和鸟类骨骼的启发,用拓扑优化算法设计电池包壳体和飞行器载体结构。不过这个方向更偏向结构力学,暂时和电极材料不直接相关。”
“不相关也没关系。” 韩教授笑着摆手,“前沿探索就是要敢想,不能被现有框架束缚。你们继续推进,需要什么资源、想对接哪个领域的专家,直接打报告给我。”
他话锋一转,语气变得严谨:“但有个要求,每两周给我一份简洁的进展简报,哪怕只是文献综述或者思路整理。我要知道你们走到哪一步,遇到了什么坎,别闷头做无用功。”
“没问题!” 陆淮和组员们异口同声地回应,脸上满是干劲。
韩教授转身准备离开,走到门口又停下脚步:“对了,你们这个三维导电骨架的构想,说不定能给‘磐石 4.0’的体相应力分布问题提供新思路。下周安排一次非正式交流,你们和李博士的团队碰一碰,互相启发下。”
“好嘞!我们早就想跟李博士他们请教了!” 陆淮兴奋地搓了搓手。
韩教授离开后,实验室里立刻热闹起来。
“韩教授都认可这个方向了,咱们得加把劲!” 负责材料制备的组员小张说道,拿起模型仔细观察,“我再联系几家 3d 打印公司,看看能不能定制更高精度的喷头,现在这个模型的孔隙尺寸还不够均匀。”
“算法这边还能再优化。” 小王盯着电脑屏幕,手指飞快敲击键盘,“我想加入更多自然结构的优化因子,比如蜂巢的六边形排布、肺泡的分级通气原理,看看能不能进一步提升传质效率。”
陆淮点点头,将任务分配下去:“小张负责对接 3d 打印资源,优化模型精度;小王继续迭代算法,融入更多仿生优化原则;小李和我整理现有数据,准备下周和李博士团队的交流材料。咱们争取一周内拿出更完善的模拟数据和初步实验方案。”
接下来的几天,实验室里灯火通明。小张跑了三家 3d 打印公司,终于定制到高精度喷头,打印出的新模型孔隙尺寸误差缩小到 5 微米以内;小王在算法中加入了三种自然结构的优化因子,模拟数据显示传质效率又提升了 5%;陆淮和小李则整理了厚厚的资料,从分形结构原理到离子传输模拟结果,条理清晰地梳理出交流重点。
一周后的交流会上,李博士带着 “磐石 4.0” 团队的核心成员准时到场。陆淮率先介绍了三维仿生导电骨架的构想和模拟数据,话音刚落,李博士团队的工程师就提出了疑问:“这个结构确实能改善传质,但电极在充放电过程中会发生体积变化,这种多孔结构的机械稳定性能达标吗?”
“我们考虑过这个问题!” 陆淮立刻调出力学模拟数据,“我们参考了海螺壳的文石片层结构,在骨架关键节点增加了强化设计,模拟显示在 500 次循环的体积变化下,结构完整性能保持 90% 以上。”
李博士看着数据,若有所思:“这个思路或许能解决我们现在的难题。‘磐石 4.0’的高能量密度导致离子嵌入脱出更密集,体相应力集中严重,要是能用上这种自适应传质的骨架,说不定能缓解应力分布不均的问题。”
“我们可以合作试试!” 韩教授适时开口,“陆淮团队负责优化骨架结构设计,李博士团队提供电极材料的性能参数和应力分布数据,一起做联合仿真和实验验证。”
交流会结束后,两个团队立刻投入合作。陆淮根据 “磐石 4.0” 的电极参数,调整了骨架的孔隙率和分支角度;李博士团队则提供了详细的应力测试数据,帮助算法优化结构强化节点。
三天后,新的模型打印完成,同步进行了仿真测试。当陆淮将测试报告送到韩教授办公室时,语气难掩兴奋:“韩教授,联合仿真结果出来了!用这个三维仿生骨架的电极,离子电导率提升了 25%,界面阻抗降低了 12%,而且应力分布均匀性提升了 30%!”
韩教授接过报告,仔细翻看每一组数据,嘴角露出欣慰的笑容:“不错,这个方向确实有潜力。但你们要记住,这只是理论仿真结果,实际实验还会遇到很多问题。” 他顿了顿,补充道,“我已经跟祁总汇报了你们的进展,他同意给你们增配实验设备和经费。后续你们可以招募一两位计算材料学和仿生力学专业的博士,把这个方向做成长期课题组。”
陆淮眼睛一亮:“真的?那我们立刻拟定招聘需求!小张和小王肯定要留在组里,再招两位专家,咱们就能全面推进结构优化、材料制备和性能测试了。”
“名单你们定,周五前报给我。” 韩教授看了眼手表,“现在先去吃饭休息,明天上午把详细的课题组组建方案给我。”
陆淮用力点头,转身快步走出办公室,脚步轻快得几乎要跑起来。
回到实验室,他把这个好消息告诉组员,大家瞬间欢呼起来。小张举起刚打印好的微型骨架模型:“有了经费和人手,咱们争取三个月内做出实物样品,半年内完成初步性能测试!”
“说不定这个结构还能用到其他领域。” 小王摸着下巴,若有所思,“比如燃料电池的电极,或者储能设备的散热结构,都有传质和传效的需求。”
陆淮笑着拍了拍他的肩膀:“先把钠电池电极的问题解决好,后续再拓展其他应用。现在,先庆祝我们的‘意外收获’,晚上我请客,吃顿好的!”